Solardusche
Jedes Jahr strahlt die Sonne in Deutschland ungefähr eine Energie von 1000kWh/m² ein. Selbst einen Bruchteil davon einzufangen, lohnt sich deshalb schon. Ich experimentiere schon seit einigen Jahren mit thermischen Solaranlagen, die in den Sommermonaten eine Outdoor-Dusche mit heißem Wasser versorgen können. Seit 2017 habe ich eine optimale Lösung gefunden, die ich hier mal vorstellen will. Sie soll Anregungen für eigene Experimente geben. Meine Überlegungen bestanden darin, möglichst einfache Komponenten zu verwenden, die schnell und preiswert beschaffbar und doch robust genug sind, dass der Wartungsaufwand gering gehalten werden kann. Die hier vorgestellte Anlage hat einen Investitionsaufwand von weniger als 150€, wenn man die Komponenten im Internet bestellt.
Kollektorbau
Kernstück der Anlage sind zwei selbst gebaute Solarkollektoren. Diese bestehen aus jeweils 50m PE-Rohr mit 20mm Außendurchmesser. Das ist ganz gewöhnliches Wasserrohr, was im Außenbereich verwendet und sogar im Erdreich vergraben werden kann. Das Material ist ideal für diese Aufgabe geeignet. Es lässt sich gut verarbeiten, ist temperaturstabil sowohl im hohen Bereich als auch bei Frost. Durch die von Haus aus schwarze Materialfärbung, wird die Strahlung sehr gut absorbiert und in Wärme umgewandelt. Man muss sich also erst mal zwei 50m-Rollen davon besorgen. Anschließend muss dieses PE-Rohr nun zu zwei Kollektoren, in Form von „Lakritzschnecken“, gerollt werden . Bitte nicht vergessen, vorher ein paar Meter abzuschneiden. Die werden später noch für die Ausführung der Anschlussverrohrung benötigt!
Für die Arbeit ist ein schöner sonniger Tag am besten geeignet. Man sollte das auf jedem Fall zu zweit machen, um sich unnötigen Frust zu ersparen. Das Rohr sollte einige Zeit in der prallen Sonne liegen, damit es schön geschmeidig wird. Beginnend von innen, mit einem Durchmesser von ca. 80cm, wird dann das Rohr Windung für Windung zu einer Schnecke gewickelt. Damit nicht alles auseinander schnippt, wie die Uhrfeder eines Weckers, muss im Abstand von 45° eine Verflechtung mit 1,5mm²-Kupferdraht erfolgen. Wer Erfahrungen als Korbflechter hat, ist klar im Vorteil 🙂 . Man braucht also 8 Stück Drähte, jeweils ca. 3m lang, die man erst mal in der Mitte U-förmig zusammenbiegt und in die erste Windung einlegt. Bei jeder weiteren Windung wird diese über Kreuz mit Draht eingebunden. Die Bilder erklären den Sachverhalt am besten. Nach der letzten Windung werden die Drahtenden schön verdrillt. Der Kollektor bildet jetzt eine kompakte Einheit und sollte gut transportabel sein.
Installation der Duschanlage
Die eigentliche Duschanlage habe ich an einer Außenwand meiner Werkstatt installiert. Zuvor habe ich den Bereich gefliest. Von unten ist ein Wasseranschluss vorhanden, an dem ich die Anlage fest angeschlossen habe. Eine flexible Anbindung über einen Gartenschlauch ist natürlich auch möglich.
Als erste Komponente ist ein Kugelhahn angeordnet, mit dem man die Anlage an-/abstellen kann. Danach folgt ein nach oben ausgerichtetes Messing-T-Stück 3/4″. Links ist ein Sicherheitsventil eingeschraubt, dass gegebenenfalls entstehenden Überdruck abbaut. Bei der Entleerung der Anlage ist es außerdem hilfreich, dieses zu öffnen.
Nach oben erfolgt der Übergang zur Kupfer-Installation. Dort ist die Kaltwasser-Steigleitung installiert, in der eine Wandscheibe für den Kaltwassereingang der Mischbatterie verbaut ist. Die Leitung endet kurz unter dem Dach mit einem 3/4″-Außengewinde-Nippel.
Parallel dazu führt links die Warmwasserleitung runter zur Mischbatterie. Über eine kurze Verlängerung ist ein Entleerungsventil an der tiefsten Stelle installiert.
Kollektoranschlüsse
Die beiden Kollektoren habe ich auf dem Flachdach, in unmittelbarer Nähe zur Duschinstallation, platziert. Dort habe ich ganztägig volle Sonneneinstrahlung. Aus technischer Sicht ist es aber auch kein Problem, die Kollektoren auf dem Boden zu platzieren. Für eine hohe Effizienz ist nur wichtig , dass keine Abschattung erfolgt.
Zum Schutz des Dachbelags wurde als Zwischenlage eine Bautenschutzmatte aus Gummigranulat verlegt. Jetzt werden die Kollektoren zusammengeschaltet. Es hat sich als praktisch erwiesen, jeweils die beiden Innen- und Außenanschlüsse gemeinsam über ein PE-T-Stück zu verbinden. Man kann aber auch theoretisch einen Innen- und einen Außenanschluss zusammenstecken. Thermodynamisch ist das unbedeutend. Wichtig ist, dass beide Kollektoren quasi parallel geschaltet werden. In Analogie zur Elektrotechnik halbiert sich dadurch der Durchflusswiderstand. Da sich der Wasserdurchfluss auf beide Systeme verteilt, halbiert sich auch die Fließgeschwindigkeit in jedem Kollektor. Damit verringert sich auch das Risiko von Verwirbelungen zwischen kaltem und warmen Wasser. Das eingespeiste Kaltwasser schiebt sozusagen das Warmwasser langsam in der Rohrleitung vor sich her.
Letztendlich müssen die Zugangsleitungen zur Duschanlage noch an den Mittelabgang der T-Stücke angesteckt und am anderen Ende gleichlang abgeschnitten werde. Dafür hatten wir ja ein paar Meter übrig gelassen.
Ich habe mir aus einem Rasenkantenstein und zwei Wasserleitungsschellen einen massiven Anschlussblock gebaut, in dem die Rohrenden abgefangen werden. Auf die Enden kommt jetzt noch jeweils ein PE-Endstück mit 3/4″ Außengewinde. Das Ganze wird unmittelbar an der Dachkante über der Duschinstallation platziert.
Die Sonnenkollektoren sollten unbedingt an einigen Punkten am Rand mit Terrassenplatten oder ähnlichen, schweren Steinen gegen Verrutschen gesichert werden. Der nächste Herbststurm kommt bestimmt!
Mittels zweier Flexschläuche werden die Kollektoren noch mit der Duschanlage verbunden. Anschließend wird noch eine Duscharmatur und die Mischbatterie montiert. Damit ist die Anlage eigentlich komplett und funktionsfähig.
Erweiterungen
Nach der letzten „Duschsaison“ wurde noch eine Veränderung an der Installation vorgenommen. Ich habe ein elektronisches Thermometer eingebaut. Das ist nicht zwingend notwendig, verbessert aber den Komfort, weil man jetzt immer die aktuelle Kollektortemperatur überwachen kann. Diese elektronischen Thermometer gibt es bei Ebay für ein paar Euro. Als Messfühler wird dabei ein NTC eingesetzt. Diesen habe ich zusammen mit einer IP68-Kabeldurchführung in einen Lötnippel 15mm/ 1/“2-Gewinde dicht eingeklebt. Für solche anspruchsvollen Aufgaben verwende ich einen Hyperpolymer-Klebstoff. Der hat ausgezeichnete Klebe- und Dichteigenschaften, ist langzeitstabil und bleibt auch nach Aushärtung dauerelastisch.
Des Weiteren habe ich an der Warmwasserleitung, unmittelbar vor dem Anschlussblock, ein weiteres PE-T-Stück eingefügt. Dieses muss mit einem seitlichen Abgang mit 1/2″ Innengewinde ausgestattet sein. Dort wird die verklebte Sensoreinheit dicht eingeschraubt. Das Kabel ist in einem kleinen Kabelkanal runter geführt, zur Duscharmatur. Dort wird das eigentliche Thermometer angebracht. Das muss natürlich wasserdicht gekapselt werden. Dazu eignet sich hervorragend ein HT-Reinigungsrohr mit 75mm Durchmesser. Die liegen in jedem Baumarkt rum. Eigentlich benötigt man davon nur den Schraubverschluss mit der Dichtung, wie in den Bildern zu erkennen. Den sägt man sauber ab und klebt ihn dicht, ebenfalls mit Hyperpolymer, auf den Thermometer Gehäuseboden auf. Das ist eine 3D-Druck Teil. Auch die Aufnahmeplatte für die elektronische Anzeigeeinheit wurde 3D-gedruckt. Zum Schluss muss nur noch der Deckel in der Höhe auf 22mm eingekürzt und mit einem durchsichtiges Kunststofffenster versehen werden.
Jetzt ist die Anlage einsatzbereit. Zur Erstbefüllung muss die Mischbatterie auf „heiß“ gestellt und geöffnet werden. Danach ist auch das Hauptabsperrventil zu öffnen. Zunächst füllen sich die Kollektoren mit Wasser. Nach einiger Zeit tritt erst mal nur sporadisch Wasser aus dem Duschkopf aus. Wenn die gesamte Luft entwichen ist und ein gleichmäßiger Wasserstrom fließt, ist die Anlage komplett gefüllt. Das Wasser kann nun wieder abgestellt werden. Jetzt muss nur noch die Sonne scheinen!
Anbei noch mal der gesamte Bauschaltplan der Anlage, so wie ich das bei mir umgesetzt habe.
Pflege und Wartung
Zusammenfassend kann ich sagen, dass die beschriebene Anlage seit 5 Jahren bei mir bestens funktioniert.
Wichtig ist, dass die Dusche vor dem ersten Frost entleert wird. Dazu einfach die Mischbatterie auf „heiß“ stellen, Entleerungsventil und Sicherheitsventil öffnen. Es darf kein Wasser mehr in den Kupferrohren stehen. Die würde der Frost unweigerlich sprengen. Restwasser im PE-Rohr ist hingegen kein Problem. Das geht selbst mit voller Wasserfüllung im Winter nicht kaputt.
Im Frühjahr dann in umgekehrter Richtung, bzw. wie bei der Erstinbetriebnahme vorgehen. Man sollte die Kollektoren ruhig erst mal einige Minuten durchspülen, um das Wasser vom letzten Jahr zu entfernen. Danach ist die Anlage wieder einsatzbereit.
Technische Daten
Die Kollektoren haben eine Gesamtfläche von 2m² und könnten theoretisch 18l heißes Wasser mit einer Leistung von 2kW erzeugen. Das ist allerdings wirklich nur ein theoretischer Wert.
Der Sonneneinfallswinkel in Mitteldeutschland beträgt zur Mittagszeit, in den Sommermonaten ca. 42°…62°. Der Wirkungsgrad der Kollektoren liegt schätzungsweise zwischen 60%…70%. Wenn man das berücksichtigt, kann man mit einer effektiven Leistung von etwa 1kW rechnen. Gewissheit gibt letztendlich nur die Aufnahme eines Kennliniendiagramms, basierend auf realen Messungen. Diese Arbeit habe ich mir für nächstes Jahr vorgenommen. Das eingebaute Thermometer wird da sehr hilfreich sein.
Fakt ist, dass ich bei Sonnenschein noch nie kalt duschen musste!
